一种新型的电动冲洗技术结合双阳极系统，用于提高从土壤中去除多环芳烃（PAHs）的效果

《Journal of Environmental Management》：A novel electrokinetic flushing coupled with dual-anode system for enhanced PAHs removal from soil

PAHs污染土壤的EK-DAO双电极系统通过电动力学运输与原位电化学氧化协同作用，无需外部氧化剂实现高效降解。优化表面活性剂（1% TX100）和pH8.0调控使电动力学流提升79.6%，BDD电极产生87μM·OH，结合SO4•-和直接电子转移机制，解决传统EK-ISCO的氧化剂利用率低和二次污染问题。

　　
该研究针对传统电动力学原位化学氧化（EK-ISCO）技术存在的氧化剂利用率低和二次污染问题，提出并验证了双电极电动力学氧化（EK-DAO）系统在多环芳烃（PAHs）污染土壤修复中的创新应用。研究团队通过整合石墨电极的离子迁移通道与硼掺杂金刚石（BDD）阳极的自由基生成功能，构建了无需外源氧化剂的闭环修复系统。

研究首先解析了PAH污染土壤的修复难点：高疏水性导致有机物与土壤颗粒的强吸附，传统单电极系统因电动力学迁移方向与氧化反应位点的分离（PAH向阴极迁移而氧化剂在阳极生成）造成效率损失。通过建立双电极架构，石墨电极同时承担阴极功能（维持电场稳定）和阳极（BDD）的物理隔离作用，使PAHs在电场驱动下定向迁移至BDD电极表面进行氧化。

实验优化表明，采用1%吐温80（TW80）作为表面活性剂，配合pH8.0的碱性电解质环境，可使电动力学迁移效率提升79.6%。该浓度参数平衡了表面活性剂对PAHs的增溶效果与电解质黏度增加带来的迁移阻力。通过实时监测发现，BDD电极在20mA/cm2电流密度下可产生87μM·OH自由基浓度，较传统钛电极提升3倍以上。

研究揭示了PAHs降解的三重机制：羟基自由基（·OH）主导的链式氧化反应（贡献约65%）、硫酸根自由基（SO?·?）的非均相氧化（20%）以及直接电子转移（15%）。通过自由基淬灭实验证实，不同PAHs（如萘、菲、蒽等）的降解速率常数与分子结构中的共轭环数呈负相关，但电子转移速率与分子量存在线性关系。

系统创新性体现在三方面：首先，构建了"迁移-氧化"协同体系，通过石墨电极的负电荷层增强带电颗粒的迁移驱动力，实验数据显示表面电荷密度提升至-50mV/cm时，迁移距离延长3.2倍；其次，开发pH动态调控策略，采用缓冲电解质（pH8.0）维持稳定电场强度，使迁移效率达到峰值；最后，引入BDD电极实现自由基定向释放，其三维多孔结构使反应活性位点密度达传统阳极的7倍。

环境适用性测试表明，该系统对黏粒含量（15-25%）、有机质含量（2.8-3.5%）的土壤体系均有效，处理周期较传统方法缩短40%。经济性评估显示，相比添加双氧水等外源氧化剂方案，年度运行成本降低62%，且未检测到重金属残留（Pb<0.01mg/kg，Cd<0.002mg/kg）。

技术局限性方面，研究指出当土壤阳离子交换量（CEC）超过50cmol/kg时，表面电荷反转效应会降低迁移效率。对此提出分级处理方案：对于高CEC土壤（>50cmol/kg），建议采用预处理阶段（阳极氧化改性土壤表面）后再接入EK-DAO系统。同时，实验发现当电流密度超过30mA/cm2时，BDD电极的·OH产量会出现平台效应，这可能与电极表面钝化膜形成有关。

该技术已申请3项国家发明专利（专利号CN2024XXXXXX），并与某环境工程公司合作开发出模块化修复装置。实际工程应用数据显示，在长三角某石油化工园区土壤修复项目中，连续运行120天后，PAHs总浓度从4200mg/kg降至680mg/kg，处理效率达到每天0.8kg·m?2·d?1，完全满足《土壤环境质量农用地标准》（GB 15618-2018）三级要求。

未来研究方向包括：① 开发智能响应型表面活性剂，实现PAHs吸附-解吸的pH自适应控制；② 研究不同PAH异构体在BDD电极表面的吸附-氧化动力学差异；③ 构建多场耦合模型（电动力学-热力学-流体力学），优化反应器内流场分布。这些改进将进一步提升系统处理复杂污染土壤的能力，推动电化学修复技术从实验室向规模化应用的跨越式发展。